کادمیوم در زمره فلزات سنگین به حساب آمده و ورود آن به محیط زیست اثرات مضری را برای سلامتی جانداران به دنبال دارد. بنابراین حذف این فلز از محیط آبی ضروری به نظر می رسد. برای این کار از جاذب قابل دسترس ماسه بادی دشت سیستان، می توان استفاده نمود. حضور کاتیون های چند ظرفیتی در آب، به ویژه کلسیم و منیزیم منجر به بروز سختی می شود. این کاتیون ها به علت اثر رقابتی که در فرآیند جذب کادمیوم توسط ماسه بادی ایجاد می کنند، در میزان جذب موثرند. هدف از این تحقیق استفاده از جاذب ماسه بادی دشت سیستان و کربن فعال در حذف کادمیوم از محیط آبی و بررسی تأثیر تغییر سختی آب در مقدار جذب و واسنجی مدل های سینتیک و ایزوترم است. برای این کار، ابتدا جاذب ماسه بادی از دشت سیستان جمع آوری، و در اندازه هایی بین 125 تا 150 میکرون، تهیه شدند. محلول های آبی شامل آب مقطر و آب با سختی های 40، 100، 200 و 320 میلی گرم بر لیتر بر حسب کربنات کلسیم، با غلظت 5 میلی گرم بر لیتر کادمیوم، تهیه و آزمایش های مختلف بر روی آنها انجام شد. نتایج نشان داد که حداکثر بازده جذب، در کلیه نمونه ها در ph برابر با 5 اتفاق افتاد. حداکثر بازده جذب کادمیوم در آب مقطر 4/80% بدست آمد. همچنین با افزایش سختی آب از صفر (آب مقطر) تا 320 میلی گرم بر لیتر، بر حسب کربنات کلسیم، راندمان جذب از 4/80% به 66/18%، کاهش یافت. زمان تعادل برای کلیه نمونه ها برابر با 1 ساعت بدست آمد و با تغییر سختی آب ثابت باقی ماند. نتایج واسنجی مدل های سینتیک نشان داد که در کلیه نمونه ها مدل هو و همکاران داده های جذب سینتیک را بهتر از دیگر مدل ها توصیف می کند. همچنین برازش مدل های جذب ایزوترم بر روی داده های آزمایشی نشان داد که برای محلول های آب مقطر و آب با سختی های 40، 100 و 200، مدل ایزوترم فروندلیچ و ردلیچ-پترسون و برای محلول آب با سختی 320، مدل ایزوترم فروندلیچ نسبت به دیگر مدل های ایزوترم داده ها را بهتر برازش می کنند. کربن فعال پودری از شرکت مرک (merck) آلمان خریداری شد. phبهینه جذب و زمان تعادل مشابه جاذب ماسه بادی بدست آمد. حداکثر بازده جذب کادمیوم در آب مقطر 04/87% بدست آمد. همچنین با افزایش سختی آب از صفر (آب مقطر) تا 320، راندمان جذب از 04/87% به 12/46%، کاهش یافت. نتایج واسنجی مدل های سینتیک نشان داد که در کلیه نمونه ها مدل هو و همکاران داده های جذب سینتیک را بهتر از دیگر مدل ها توصیف می کند. همچنین برازش مدل های جذب ایزوترم نشان داد که برای محلول آب مقطر مدل ایزوترم ردلیچ-پترسون و برای محلول های آب با سختی 40، 100، 200 و 320، مدل ایزوترم سیپس نسبت به دیگر مدل-های ایزوترم داده ها را بهتر برازش می کند. به طور کلی می توان گفت با افزایش سختی آب برای هردو جاذب، از مقدار بازده و ظرفیت جذب کاسته می شود. این کاهش برای سختی های پایینتر، شدیدتر است. بنابراین می توان با کاهش سختی آب، راندمان جذب را بالا برد. مقایسه ظرفیت جذب ماسه بادی در جذب کادمیوم، با کربن فعال و دیگر جاذب های کار شده در مطالعات گذشته نشان می دهد این جاذب از ظرفیت جذب خوبی برای حذف کادمیوم از محیط آبی برخوردار است و می توان از آن به عنوان یک جاذب ارزان قیمت استفاده نمود.

سنتز استرهای اسیدهای چرب در کاربردهای متفاوت از جمله تولید سوخت های بیولوژیکی کارایی دارند.در طی این عمل اسیدهای چرب آزاد در داخل مخلوط روغن کاهش یافته و هر چه میزان اسیدهای چرب آزاد در روغن کمتر شود راندمان تولید این سوخت ها بالاتر خواهد رفت. بهترین روش برای کاهش اسیدهای چرب آزاد در روغن ها روش استریفیکاسیون در حضور کاتالیزور اسیدی است. استفاده از کاتالیزورهای متفاوت و مقایسه راندمان واکنش استری شدن در حضور این کاتالیزورها می تواند شمای روشنی از تولید بهتر سوخت های بیولوژیکی را به ما ارائه دهد. در این پژوهش واکنش استریفیکاسیون را بر روی روغن پسماند خوراکی در حضور کاتالیزورهای معدنی اسید سولفوریک، سیلیکاسولفوریک اسید و نشاسته سولفوریک اسید انجام دادیم و به منظور تعیین شرایط بهینه به بررسی پارامترهای موثر زمان،غلظت کاتالیزور،نسبت مولی الکل به روغن، دما و سرعت هم زدن پرداختیم.

در این پایان نامه دو کمپلکس تک هسته ای از رنیم(i) با فرمول های [recl(co)3(phen-dione)] و [recl(co)3(py)2] و کمپلکس دو هسته ای [recl(co)3(?-tptzh)re(co)3] که لیگاند tptz-h، 2 و 4 و 6- تری(پیریدیل-2-ایل)- h2- 1 و 3 و 5 تری آزین-1- اید است، سنتز و به کمک آنالیز عنصری، طیف سنجی های ft-ir، uv- vis و nmr شناسایی شده اند. ساختار حالت جامد کمپلکس [recl(co)3(?-tptzh)re(co)3] با کریستالوگرافی اشعه- x تک بلور تعیین شد. بلورهای قرمز رنگ براق کمپلکس [recl(co)3(?-tptzh)re(co)3]، با روش تبخیرآرام در حلال های کلروفرم و تولوئن به دست آمد. سیستم بلوری این ترکیب مونو کلینیک و گروه فضایی آن p 21/c است، پارامترهای مربوط به آن عبارت اند از: (11)445/10a (?)= ، (19)133/18 b (?)=، (17)803/16c (?) =، 90 = (?)? ، 125/90(?) = ? ، 90?(?) = ، 4z = و (6)3182v(?3) = . کمپلکس دو هسته ای سنتز شده دارای دو مرکز re(i) است که کره کوئوردیناسیون اطراف هر یک از این دو مرکز با یکدیگر متفاوت هستند. عدد کوئوردیناسیون هر یک از یون های re(i) برابر شش است. در این کمپلکس لیگاند tptzh به صورت دو و سه دندانه به دو مرکز رنیم(i) کوئوردینه شده است. هر دو مرکز re(i) که لیگاند tptz-h به صورت دو و سه دندانه به آنها متصل است، دارای انحراف هشت وجهی شدید اطراف مراکزre(i) می باشند. ساختار لیگاند tptz اولیه تغییر یافته و یکی از کربن های حلقه تری آزینی لیگاند tptz در اثر واکنش ردوکس به صورت انتخابی اشباع می شود که در نتیجه، آروماتیسیته حلقه تری آزینی از بین می رود. همچنین در اثر فعال شدن کمپلکس بر سطح آلومینا پیوند قوی بین c-cl در حلال chcl3 می شکند و لیگاند کلرو (cl-) به یکی از مراکز رنیم کوئوردینه می شود. برای بررسی دقیق علت اشباع شدن کربن حلقه تری آزینی از شیمی محاسباتی روش dft کمک گرفته شد و وضعیت دانسیته الکترونی روی لیگاند tptz در هر دو کمپلکس اشباع [recl(co)3(?-tptzh)re(co)3] و غیر اشباع [recl(co)3(?-tptz)re(co)3] به دقت بررسی شد. ساختارهای بهینه شده، طیف های ft-ir، raman و nmr، انرژی های اوربیتال های پیشانی کمپلکس های اشباع و غیر اشباع نیز مقایسه شدند. همچنین واکنش فتوکاتالیستی کاهش co2 به co توسط کمپلکس های [recl(co)3(?-tptzh)re(co)3] و [recl(co)3(phen-dione)] در حضور الکترون دهنده های tea و teoa و نمک nhet3cl انجام پذیرفت. نتایج حاکی از فعالیت بالای کمپلکس های سنتز شده در واکنش فتوکاتالیستی می باشد. دو چرخه کاتالیستی برای واکنش کاهش co2 در حضور این دو کمپلکس نیز پیشنهاد شده است.

امروزه پژوهش های گسترده ای بر روی نانوذرات فلزی انجام شده است. این ترکیبات به دلیل سطح زیادی که نسبت به حجم شان دارند در مقایسه با ساختار توده خود از ویژگی های منحصر به فردی در زمینه توزیع مغناطیسی، الکتریکی و شیمیایی برخوردار می باشند. در این میان نانوذرات فلزی واسطه از خاصیت کاتالیزوری بالایی برخوردار هستند. نانوذرات فلز واسطه که به صورت محلول در واکنش فعالیت کاتالیزوری خود را انجام می دهند، مشکلاتی در زمینه بازیافت کاتالیزور به همراه دارند. برای حل این مشکل، آن ها را بر روی بستر جامد تثبیت می کنند. همان طور که می دانیم امروزه مبحث نانو و تهیه نانوذرات یکی از مباحث مورد علاقه محققان است. نانوذرات خواص بسیار مفید و جالبی را در مقایسه با مواد توده ای از خود نشان می دهند و کارایی و کاربرد بیشتری نسبت به مواد با سایز میکرو دارند. این ترکیبات به عنوان کاتالیزور، مواد فتولومینسانس و فتوکاتالیزور کاربردهای فراوانی پیدا کرده اند. در مبحث کاتالیزورهای هتروژن یکی از فاکتورهای مهم در تهیه کاتالیزور، کنترل اندازه ذرات آن می باشد. با کنترل اندازه ذرات کاتالیزور می توانیم فعالیت و گزینش پذیری آن را به طور دلخواه تغییر دهیم. در تحقیقات قبلی انجام شده در زمینه کاتالیزورهای ناهمگن، از بسترهای متنوعی برای تثبیت کاتالیزورها استفاده شده که از آن جمله می توان به مواد پلیمری و کامپوزیتی، بنتونیت و سیلیکا اشاره کرد. در آزمایشگاه تحقیقاتی آلی دکتر غیاثی، طی سال های گذشته از خاک رس (که معادن آن نیز در داخل کشور موجود می باشد) و سیلیکا، به عنوان بستری برای تثبیت کاتالیزور استفاده می شود. هدف از انجام این پروژه استفاده از این بسترها برای سنتز ریزذرات طلا و بررسی کاربرد آن ها در واکنش اکسایش سیکلوهگزن می باشد. اکسایش هوازی آلکن ها به مشتقات اکسیژن دار، یکی از چالش های بزرگ در صنعت شیمی مدرن است. به عنوان مثال اکسایش چهار هیدروژن آلفای سیکلو هگزن در صنعت بسیار ناکارآمد است. اکسایش سیکلوهگزن روش بسیار مهمی برای سنتز حدواسط های شیمیایی از قبیل 2-سیکلوهگزنول و 2-سیکلوهگزنون است که برای تولید داروها، آفت کش ها و همچنین در صنعت پلاستیک سازی کاربرد دارند. با توجه به تقاضای روزافزون برای تولید این محصولات و افزایش نگرانی های زیست محیطی، استفاده از سیستم های کاتالیزوری با استفاده از کاتالیزور ناهمگن در شرایط بدون حلال و اکسیدان های سازگار با محیط زیست از قبیل اکسیژن مولکولی و پراکسید هیدروژن بسیار حائز اهمیت است. استفاده از h2o2 به عنوان اکسیدان مناسب است؛ زیرا تنها محصول جانبی آن، آب می باشد اما هزینه بالای h2o2 مانع کاربرد گسترده آن در اکسایش کاتالیزوری می شود. از سوی دیگر سیستم هایی که از اکسیژن مولکولی به عنوان اکسیدان استفاده می کنند، سه مزیت دارند: سادگی تکنولوژی و استفاده آسان از تاسیسات برای جداکردن کاتالیزور پس از واکنش، کاهش هزینه های مربوط به انرژی و ثبات بالاتر محصولات حاصل از واکنش برگشت ناپذیر. بنابراین اکسایش سیکلوهگزن با اکسیژن مولکولی تحت شرایط بدون حلال بسیار ارزشمند است. در این پروژه تحقیقاتی نانو کاتالیزورهای طلا برای نیل به اهداف ذکر شده سنتز و با تکنیک های مختلف ir, tem, xps, bet, chns شناسایی و بررسی شدند. این نانوکاتالیزورهای سنتزی در واکنش اکسایش بدون حلال سیکلوهگزن با اکسیژن مولکولی فعالیت کاتالیزوری چشمگیری از خود نشان دادند.

از دیرباز تحولات گسترده در علوم و فناوری، زندگی بشر را تحت تأثیر قرار داده و دگرگون ساخته است. ساخت دستگاه های الکترونیک و هزاران نوآوری دیگر در طول تاریخ، تأثیرات شگرفی در نحوه زندگی انسان ها به وجود آورده است. امروزه از نانوفناوری با کاربرد های عظیم آن به عنوان انقلابی یاد می شود که منشأ بسیاری از تحولات فناوری آینده خواهد بود. انقلاب صنعتی پر قدرتی که انتظار می رود برای هر فردی در کره زمین، سرمایه سلامتی و آگاهی، به دور از هر گونه آلودگی را، به ارمغان بیاورد. این قولی است که بینش نانوفناوری به بشریت می دهد. چالش مهم در تولید نانو ذرات این است که با کوچک شدن ابعاد ذرات (در حد نانومتر)، احتمال به هم پیوستن آن ها بسیار زیاد می شود. بنابراین فرایند تولید باید به گونه ای طراحی شود که این ذرات به هم نچسبند و به اصطلاح کلوخه نشوند، زیرا این پدیده موجب رشد ناخواسته ذرات می شود. تثبیت نانو ذرات روی سطح بستر نامحلول تا حد زیادی از تجمع این ذرات جلوگیری کرده و باعث حفظ سطح زیاد آن ها می شود. همچنین این فرایند منجر به بازیافت آسان نانوذرات از محیط واکنش، استفاده مجدد از لیگاند ها و کمپلکس های گران قیمت نانو می گردد. ضمنا "به دلیل آزاد نشدن لیگاند، موجب آلودگی کمتر محیط زیست می شود. نوع لیگاند های کاربردی در ساخت این نانو کاتالیزو ها بسیار موثر می باشد زیرا اندازه، شکل و ویژگی های سطح نانو ذرات توسط لیگاندکئوردینه کننده فلز کنترل می شود و همچنین خواص فیزیکی و شیمیایی نانو ذره فلزی با تغییر ماهیت لیگاند به شدت تغییر می کند. فلز-های واسطه دربسیاری واکنش ها خواص کاتالیزوری بالایی را از خود نشان داده اند بویژه فلزاتی که توسط لیگاند های کاربنی–n هتروسیکل تشکیل کمپلکس داده اند. با این نگرش ما برآن شدیم که با استفاده ازیک لیگاند جدید باخواص و ویژگی های متفاوت، نانوذرات پالادیوم را درون حفره زئولیت سنتز و محبوس کنیم. با استفاده از روش های ft-ir، uv-vis و tem، کاتالیزور سنتزی را شناسایی کرده و برای بررسی خاصیت کاتالیزوری و گزینش پذیری نانوذرات سنتز شده، واکنش سونوگاشیرا بر روی برخی آریل-هالیدهای با ممانعت فضایی ساختاری و بدون ممانعت فضایی انجام شد. در صورت تشکیل نانو ذرات پالادیوم در درون حفره ها پیش بینی می شود که آریل هالید هایی می توانند واکنش سونوگاشیرا را انجام دهند که بتوانند وارد حفره زئولیتی شود و در غیر این صورت واکنش اتفاق نیفتد. با استفاده ازدستگاه های gc و gc-ms میزان راندمان و نوع محصول ها مشخص شد، و در نهایت بهترین شرایط دمایی و زمانی طی بهینه سازی انجام واکنش برای کاتالیزور مورد نظر بدست آمد. بازیافت کاتالیزور نیز در این واکنش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد کاتالیزور سنتزی عملکرد بالایی را در انجام واکنش سونوگاشیرا دارد

در قسمت اول این پروژه ی تحقیقاتی دی آمین جدید 6،2-بیس (5-آمینو-1-هیدروژن-بنزایمیدازول-2-ایل) پیریدین، از واکنش بین پیریدین 6،2-دی کربوکسیلیک اسید و 2،1-فنیلن دی آمین، نیتره کردن ترکیب حاصل و سپس احیاء توسط هیدرازین تهیه شد و با روش های طیف سنجی ft-ir، 1h-nmr و 13c-nmr شناسایی شد. سپس یکسری پلی (بنزایمیدازول-آمید)های جدید حاوی گروه های بنزایمیدازول طی پلیمر شدن تراکمی منومر جدید 6،2-بیس (5-آمینو-1-هیدروژن-بنزایمیدازول-2-ایل) پیریدین و دی اسیدهای تجاری مختلف سنتز شد. تأثیر عوامل مختلف از قبیل زمان و مقدار تری فنیل فسفیت (عامل متراکم کننده) روی واکنش پلیمر شدن بررسی گردید و بهترین شرایط مورد استفاده قرار گرفت. ساختار شیمیایی پلیمرهای سنتزشده با روش های شناسایی از قبیلft-ir ،1h-nmr ، آنالیز عنصری، آنالیز حرارتی (tga)، xrd و fe-sem شناسایی گردید. پلیمرهای سنتز شده دارای بازده و ویسکوزیته خوبی بوده و همچنین مقاومت حرارتی بالایی از خود نشان دادند. این پلیمرها حلالیت خوبی در حلال?های آلی قطبی بدون پروتون مانند n,n-دی متیل استامید، n-متیل پیرولیدون و دی متیل سولفوکسید نشان دادند. این پلیمرها به دلیل وجود گروه های بیس (بنزایمیدازول) حاوی پیریدین توانایی تشکیل کمپلکس با فلزات مختلف را دارند. با توجه به این ویژگی در بخش دوم این پروژه یکی از پلیمرهایی که حلالیت بهتری را نسبت به سایر پلیمرها نشان داده بود انتخاب شد و کمپلکس آن با فلزات کبالت و نیکل تهیه شد. سپس فلزات کمپلکس شده، در ساختار پلیمر احیا شد و نانوکامپوزیت های مربوطه تهیه شد. نانوکامپوزیت های تهیه شده با روش های شناسایی از قبیل ft-ir، tga، xrd، fe-sem، tem، edx و uv-vis شناسایی شدند. نتایج مربوط به بررسی مورفولوژی نانوکامپوزیت ها تایید کردند که ذرات فلز با اندازه نانومتری و بدون هیچگونه تجمع در بستر پلیمر توزیع شده اند. این توزیع متناسب نانوذرات در بستر پلیمر باعث افزایش مساحت سطح فلز می شود که ویژگی بسیار مهمی در زمینه کاتالیست ها محسوب می شود و انتظار می رود که نانوکامپوزیت های تهیه شده توانایی کاتالیستی مناسبی داشته باشد. در بخش سوم این پروژه با توجه به این توزیع مناسب نانوذرات در بستر پلیمر فعالیت کاتالیستی این نانوکامپوزیت ها بررسی شد. نانوکامپوزت نیکل به عنوان کتالیست در واکنش احیا استایرن در حضور هیدرازین استفاده شد و پیشرفت واکنش توسط کروماتوگرافی گازی بررسی شد. نتایج حاصل از این واکنش با کارهای مشابه مقایسه شد و این مقایسه تایید کرد که نانوکامپوزیت مربوطه فعالیت کاتالیستی بسیار خوبی را نشان داد. نانوکامپوزیت کبالت نیز در واکنش اکسایش اتیل بنزن در حضور ترشیو بوتیل هیدرو پروکسید به عنوان کاتالیست مورد استفاده قرار گرفت. پیشرفت واکنش توسط کروماتوگرافی گازی بررسی شد و نتایج حاصل با نتایج کارهای مشابه مقایسه شد که این مقایسه عملکرد مناسب این نانوکامپوزیت را تایید کرد.

تولوئن مایعی نامحلول در آب است که به عنوان واکنشگر شیمیایی و همچنین به عنوان حلال در صنایع پلاستیک کاربرد دارد زایلن به عنوان ماده اولیه برای تولید محصولات پتروشیمی و به عنوان حلال در تولید حشره کش ها و رنگ ها کاربرد دارد. در پروژه اول کاتالیست hydroxyapatite/fecl3 سنتز و شناسایی شد وبرای تولید تولوئن و زایلن مورد استفاده قرار گرفت شناسایی کاتالیست به وسیله انلیزهای xrd,fe-sem-edax انجام شد ونتایج واکنش با آنالیز gc بررسی شد. در پروژه دوم نانو کاتالیست مس سولفید تثبیت شده بر سبوس برنج به روش همرسوبی سنتز شد و به منظور بهبود خواص فتوکاتالیستی مس سولفید از دوپه کردن آن با نیکل(ii)استفاده شد. در ادامه فرایند حذف اسیداورانژ (ii)تحت تابش فرابنفش و مرئی مورد بررسی قرار گرفت. در انجام واکنش پارامترهای مختلف از جمله مقدار کاتالیست، غلظت اولیه رنگ، درصد نیکل (ii)، تکرارپذیری واکنش مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت.

یکی از مهم ترین مسائل که در بعضی صنایع بخصوص صنعت نساجی وجود دارد، حذف آلاینده های رنگی از فاضلاب است. تخریب این رنگ ها در طبیعت به آسانی صورت نمی گیرد. یکی از روش هایی که برای حذف این آلاینده ها استفاده می شود، تخریب آن ها در یک واکنش فتوکاتالیتیکی و در حضور نیمه رساناهای جامد است. در پروژه اول فتوکاتالیست های pcac/cds و pcac/cds/cu(ii) سنتز و توسط روش های مختلف شناسایی شدند. سپس فتوکاتالیست سنتز شده به منظور حذف رنگ اسید اورانژ(ii) مورد استفاده قرار گرفتند. در انجام واکنش پارامترهای مختلف از جمله مقدار کاتالیست، غلظت اولیه رنگ، درصد وزنی cu(ii) و ph مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته شد. فتوکاتالیست های سنتز شده کارایی بالایی را برای حذف رنگ های آزو از خود نشان دادند. در پروژه دوم کاتالیست fecl3/hap سنتز و شناسایی شد و برای تولید بنزوفنون مورد استفاده قرار گرفت که به عنوان جاذب نور فرابنفش در بسته بندی و پوشش ها استفاده می شود. در این پروژه نیز پارامترهای موثر از جمله مقدار کاتالیست، زمان، دما و درصد وزنی fecl3 مورد بررسی قرار گرفت.

در این پروژه، سه کمپلکس تک هسته ای از ru(iii) با فرمول های [rucl3(phen-dione)(ch3cn)3]، [rucl(phen-dione)(tptz)](pf6)2 و [rucl(phen-dione)(ch3cn)3](pf6)2 سنتز شد (که در آنها phen-dione=1 و10- فنانترولین- 5 و6- دی اون و tptz= 2 و4 و6- تریس(2- پیریدیل) 1 و3و 5- تری آزین می باشد). کمپلکس های سنتز شده با روش های ft-ir، آنالیز عنصری و uv-vis شناسایی شدند. فعالیت الکتروکاتالیستی کمپلکس ها برای کاهش co2 به co با روش ولتامتری چرخه ای (cv) در حلال استونیتریل بررسی شد.همچنین مکانیسم واکنش وساختار حدواسط های پیشنهادی برای چرخه الکتروکاتالیستی کاهش co2 به co توسط این کمپلکس ها،به کمک روش محاسباتی نظریه تابع چگالی (dft) مورد بررسی قرار گرفت. در بخش دوم این پایان نامه، کمپلکس (پیش ماده) [dy(meo)3(dmf)3(h2o)2] سنتز شد. کلسینه کردن این پیش ماده در دمای c?600 به مدت دو ساعت در اتمسفر اکسیژن (هوا) انجام شد ونانوذرات dy2o3 با ابعاد 10-30 نانومتر تهیه شد. این نانوذرات با استفاده از طیف ft-ir ،تصویر برداری fe-sem و xrd شناسایی شدند. در بخش سوم، اثر چندین آنیون مخالف بر روی پایداری کاتیون ارگانوزنون [c6f5xef2]+ به کمک روش محاسباتی b3lyp با مجموعه پایه aug-cc-pvtz بررسی شد.

در این تحقیقابتدا ساختارهای بهینه شده، خواص مولکولی، فرکانس های ارتعاشی، بارهای اتمی nbo و هیبریداسیون دو مولکول xxeoh و xkroh(x=f, cl, br, i)، توسط نظریات تابع چگالی (dft، با روش cam-b3lyp و wb97xd)، مولر پلاست مرتبه دوم (mp2) و کلاسترهای خوشه ای (ccsd) مورد بررسی قرار گرفتند. در ترکیب با این چهار روش، دو مجموعه پایه 6-311++g** و aug-cc-pvtz برای تمام اتم ها به غیر از زنون و ید استفاده شد. به علاوه خواص پیوندی با استفاده از محاسبات aim و nbo برای به دست آوردن انرژی اختلالمرتبه دوم، دانسیته الکترون، بیضی گونی پیوند و لاپلاسین دانسیته الکترون بررسی شد. نتایج حاکی از آن است که مولکول ixeoh دو جزء ixe+ و oh- را نشان می دهد در صورتی که دیگر مولکول ها به صورت xeoh+ و x- هستند. همچنین برای مولکول xxeoh دو واکنش تجزیه دو جزئی و سه جزئی پیشنهاد شد که هر دو این واکنش ها گرمازا هستند. برای مقایسه پایداری ترکیبات از دو روش اتمیزاسیون و واکنش ایزودسمیک استفاده شد. نتایج نشان می دهد که پایداری این ترکیبات از فلوئور تا ید کاهش می یابد. به علاوه علی رغم پایداری ترمودینامیکی پایین، این مولکول ها پایداری سینتیکی بالایی دارند (به جز brxeoh در تجزیه سه جزئی) که نشان دهنده امکان شناسایی و بررسی این ترکیبات دارد. نتایج مشابهی نیز برای مولکول xkroh به دست آمد. از میان چهار هالوژن، مولکول های brkroh و ikroh به صورت اجزاء i-، br- و kroh+ هستند درحالیکه دیگر مولکول ها به صورت دو جزء xkr+ و oh- هستند. همچنین بر اساس روش تجزیه پیشنهاد شده برای این مولکول مشخص شد که واکنش تجزیه گرمازاست. با استفاده از گرمای واکنش و انرژی آزاد گیبس تشکیل و همچنین واکنش ایزودسمیک، پایداری نسبی و سهولت تشکیل مولکول مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که همانند مولکول xxeoh، پایداری مولکول از فلوئور تا ید کاهش می یابد. همچنین پارامترهای فعالیت به دست آمده از محاسبات آنالیز جمعیت نشان داد که از fkroh تا ikroh واکنش پذیری افزایش و پایداری کاهش خواهد یافت. در قسمت دیگر این پایان نامه برهمکنش بین گرافن (g)، گرافن دوپ شده با یک اتم گوگرد (sg) و گرافن دوپ شده با دو اتم گوگرد (2sg)، با هشت مولکول کوچک (f2، cl2، br2، i2، ch3oh، h2o، ch3sh و h2s) با استفاده از محاسبات نظریه تابع چگالی مورد بررسی قرار گرفته است. به دلیل تعداد بالای اتم های در نظر گرفته شده برای این مولکول (42 اتم شامل 27 اتم کربن و 15 اتم هیدروژن)، نظریه تابع چگالی (dft) با روش b3lyp و مجموعه پایه 6-31g برای محاسبات بهینه سازی در نظر گرفته شد و محاسبات فرکانس توسط نظریه تابع چگالی (dft) با روش b3lyp و مجموعه پایه 6-311+g* صورت گرفت. با توجه به نتایج، انرژی های جذب نشان می دهد که sg جاذب بهتر و f ماده جذب شده بهتری است. در فاز گاز ?gads(انرژی آزاد گیبس برای فرآیند جذب) مقدار کوچک و مثبت دارد و بنابراین واکنش گرمازاست. علاوه بر این اثرات حلال روی فرآیند جذب نیز بررسی شده، مشاهده شد که مقدار ?hads (آنتالپی برای فرآیند جذب) و?gads به اعداد منفی بزرگ در تمام حلال ها متمایل شده بنابراین بسیاری از فرآیندهای جذب در حلال ها، از لحاظ ترمودینامیکی مساعد هستند. همچنین با استفاده از انرژی اختلالمرتبه دوم که از محاسبات nbo بدست آمده، مشخص شد که برهمکنش هالوژن ها وگرافن از برهمکنش 4 مولکول دیگر قوی تر است. با توجه به داده های لاپلاسین ? که از محاسبات aim بدست آمده، برهمکنش در تمام کمپلکس ها از نوع یونی است و بر اساس نتایج اوربیتالهای مولکولی و همچنین نمودارهای dos که از محاسبات آنالیز جمعیت (pop) به دست می آیند، گرافن دوپ شده با گوگرد، نسبت به گرافن دوپ نشده رسانایی بیشتری دارد.

در این پژوهش، ابتدا ساختارهای بهینه¬شده برهمکنش¬ غیرپیوندی نانولوله¬های کربنی ساده و دوپه شده با یک و دو اتم گوگرد با مولکول¬های متانول، متان¬تیول، آب و دی¬هیدروژن سولفید در دو موقعیت انتهای بسته نانولوله و بالای بدنه آن با 80 اتم کربن و 10 اتم هیدروژن مورد بررسی پارامتری، انرژی¬های برهمکنشی در فاز گاز و حلال¬های بنزن، کلروفرم و سیکلوهگزان توسط مدل pcm، بارهای اتمی و انرژی اغتشاشی مرتبه دوم nbo، آنالیز نقاط بحرانی برهمکنش¬های غیرپیوندی و مصورسازی سطوح این برهمکنش-ها توسط شاخص nci توسط نظریه تابع چگالی (dft) و روش ?b97x-d قرار گرفتند. برای تمامی اتم¬ها مجموعه پایه 6-31g مورد استفاده قرار گرفت. داده¬های حاصل از انرژی برهمکنش در فاز گاز مساعدتر بودن برهمکنش¬های غیرپیوندی را برای مولکول-های اکسیژن¬دار نسبت به مولکول¬های گوگرددار در فاز گاز و حلال نشان داد و در فاز حلال نیز، سیکلوهگزان مناسب¬ترین حلال در بین حلال¬های مورد بررسی شناخته شد. از سوی دیگر داده¬های nbo حاکی از قوی¬تر بودن انرژی دهنده- پذیرنده در برهمکنش-های مولکول¬های متانول و متان¬تیول با نانولوله¬ها بودند هرچند قوی¬ترین انرژی محاسبه شده پایین¬تر از 4 کیلوکالری بر مول بود. آنالیز محاسبات aim چگالی¬های قابل توجهی در نقاط بحرانی پیوندی در موقعیت برهمکنش¬های غیرپیوندی نشان می¬داد و مقادیر لاپلاسین چگالی نمایانگر ماهیت غیرپیوندی تمامی برهمکنش¬ها بود. همچنین فریم¬های چگالی الکترون و گرادیان کاهش یافته آن، سطوح برهمکنش غیرپیوندی را به شکل ممتازی را توسط محاسبات شاخص nci به تصویر درآورد. داده¬های محاسبات dos کمترین تفاوت انرژی homo-lumo را برای برهمکنش¬های نانولوله¬های کربنی دوپه شده با دو اتم گوگرد گزارش کردند و تاثیر دوپه شدن گوگرد در بهبود خواص هدایتی ساختار نانولوله¬های کربنی به¬خوبی مشخص گردید و در نهایت داده¬های واکنش-پذیری نشان از کاهش سختی شیمیایی و افزایش نرمی کل با دوپه شدن نانولوله¬های کربنی و افزایش خصلت هسته¬دوستی سیستم¬ها می¬دادند. در قسمت دوم این مطالعه، برهمکنش¬ غیرپیوندی هالوژن¬ها و هالیدها (به استثنای ید) با فولرن¬های دوپه¬شده با یک و دو اتم گوگرد در دید پارامترهای ساختاری، انرژی برهمکنش در فاز گاز و حلال¬های بنزن، کلروفرم و سیکلوهگزان توسط مدل pcm، بارهای اتمی و انرژی اغتشاشی مرتبه دوم nbo، آنالیز نقاط بحرانی در برهمکنش¬های غیرپیوندی و مصورسازی سطوح این برهمکنش¬ها توسط شاخص nci توسط نظریه تابع چگالی (dft) و روش ?b97x-d قرار گرفتند. در این قسمت نیز از مجموعه پایه 6-31g برای تمامی اتم¬ها مورد استفاده قرار گرفت. داده¬های انرژی نشان¬دهنده مساعد بودن تمامی برهمکنش¬ها در فاز گازی و فاز حلال است اما با توجه به مقادیر به¬دست آمده، فاز گازی در کل مطلوب¬ترین انرژی برهمکنشی و در بین حلال¬ها سیکلوهگزان مساعدترین برهمکنش¬های غیرپیوندی را دارند. درمیان برهمکنش¬های بررسی شده، برهمکنش غیرپیوندی هالیدها با فولرن¬های دوپه شده با دو اتم گوگرد بالاترین انرژی برهمکنشی را حاصل کردند. همچنین داده¬های انرژی انتقالات دهنده- پذیرنده در محدوده بالاتری نسبت به قسمت اول پژوهش قرار داشت. نمودارهای dos تفاوت انرژی میان homo-lumo را با کاهش قابل توجهی به¬ازای دوپه شدن ساختار فولرن¬ها با گوگرد به نمایش درآوردند و بهترین شرایط جهت هدایت الکتریکی سیستم در برهمکنش¬های غیرپیوندی هالیدها با فولرن¬ها دیده شد. داده-های aim چگالی الکترون و لاپلاسین آن در نقاط بحرانی پیوندی در موقعیت برهمکنش¬های غیرپیوندی را محدوده برهمکنش¬های غیرپیوندی نشان دادند و سطوح این برهمکنش¬ها به¬وضوح وجود آنها را در بین جاذب و جذب شونده اثبات می¬نماید. همچنین لازم به¬ذکر است محاسبات، یک مورد نیز عامل¬دار شدن فولرن و برهمکنش نسبتا پیوندی را حاصل کردند و با بررسی داده¬های aim، انرژی و nci این مسئله نیز اثبات شد.

در اولین قسمت از این پایان نامه، تاتومرهای مولکول 5-آمینوتترازول در اولین حالت برانگیخته الکترونی در حال برهم کنش با هیدرازین در حالت الکترونی پایه مطالعه گردید. روش های محاسباتی مختلف شامل نظریه تابعی چگال وابسته به زمان (td-dft)، برهم کنش آرایشی یکتایی برانگیخته (cis) و فضای فعال کامل میدان خودسازگار (casscf) به منظور بهینه سازی ساختارها در حالت الکترونی برانگیخته مورد مطالعه قرار گرفت و تأثیر مجموعه های پایه مختلف در بهینه سازی ساختارها مورد مطالعه قرار گرفت. انرژی برانگیختگی عمودی و آدیاباتیک کمپلکس تاتومرهای مختلف مولکول 5-آمینوتترازول با مولکول هیدرازین (هیدرازینیوم 5-آمینوتترازولات) و تاتومرهای مولکول 5-آمینوتترازول به صورت تنها محاسبه شد و به منظور مشاهده تأثیر برهم کنش هیدرازین بر روی انرژی برانگیختگی با یکدیگر مقایسه گردید. در قسمت دوم این پایان نامه، طیف های جذبی ساختارهای در نظر گرفته شده هیدرازینیوم 5-آمینوتترازولات محاسبه شد، از طرف دیگر طیف های جذبی این ساختارها بدون در نظر گرفتن برهم کنش بین دو جزء (5-آمینوتترازول و هیدرازین) محاسبه و با طیف های جذبی قبلی مقایسه شد. این مقایسه تأثیر برهم کنش بین دو گونه بر روی طیف جذبی را نشان داد. در مقایسه ای دیگر طیف جذبی گونه های تغییر شکل یافته با طیف جذبی گونه ی منفرد مقایسه شد تا اثر تغییر شکل در ساختار کمپلکس بر روی ساختار الکترونی مشخص شود. مطالعات مشابهی روی پایدارترین کمپلکس هیدرازینیوم 5-آمینوتترازولات در حلال آب انجام شد و رفتاری متفاوت برای تأثیر تغییر شکل و برهم کنش بین مولکولی بر روی طیف جذبی در مقایسه با فاز گازی مشاهده شد. در قسمت آخر این پایان نامه، طیف فوتوالکترون تجربی یک مولکول، به عنوان ابزاری برای قضاوت در مورد ساختارهای بهینه شده ی به دست آمده از روش های محاسباتی متفاوت استفاده شد. به این منظور، از ساختارهای بهینه شده ی مولکول های متفاوت که با روش های محاسباتی مختلف حاصل شدند، برای محاسبه انرژی های یونش و طیف های فوتوالکترون استفاده شده است. مقایسه طیف های فوتوالکترون محاسباتی به دست آمده از ساختارهای بهینه شده با روش های محاسباتی متفاوت با طیف تجربی مولکول های انتخاب شده نشان داد که طیف فوتوالکترون می تواند معیار تشخیص مناسبی برای قضاوت در مورد بهینه کردن ساختارها باشد. برای کاهش خطا در محاسبه انرژی یونش یک ترکیب، چند روش محاسباتی برای بهینه کردن ساختارها در نظر گرفته شد؛ زیرا انتخاب روش محاسباتی برای بهینه کردن ساختار مولکول پیش از انجام محاسبات خواسته شده تأثیر بسیاری روی صحت نتایج می گذارد. مشاهده شد که روش محاسباتی انتخاب شده برای بهینه کردن ساختارها بر روی مقدار انرژی اولین یونش، تعداد باندهای یونش در یک ناحیه از انرژی، فاصله انرژی بین باندهای یونش و شدت نسبی باندها تأثیر می گذارد.